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纤维压裂调研报告

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压裂改造 页岩气压裂 压裂优化设计 压裂储层筛选 压裂返排 压裂技术
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纤维网络加砂压裂工艺技术调研 报告  编写:   审核 : 中石化江汉油田分公司采油工艺研究院  2011 年 3 月   目      录  一 、 江汉油区 低渗透 油藏 常规压裂 现状 ············ ·· 1 二、 纤维 加砂技术防支撑剂返出机理 ··············· 1 三、 纤维压裂 技术调研 ······················· 2 四 、建  议 · ········· ·················· 10 1 一 、江汉油区 低渗透 油藏 常 规压裂 现状  江汉油田低渗透储层,主要采用压裂改造来提高油井产能,压裂总井次逐年增多,措施增油取得了较好的效果。然而随着开发的进行,常规压裂工艺技术暴露出一些不足,其主要包括有以下几个方面:  1、常规压裂施工结束后,通常关井扩散 2 小时,以确保压裂液在地层中能够充分破胶,降低残留压裂液对储层造成的伤害。  但 关井时间过长,地层中液体易形成胶团;关井时间过短,未破胶的高粘度液体,易携支撑剂返排。为了加速返排,通常采用液氮拌注增能压裂、泡沫压裂液作业,提高压后返排速度,但此类方法增加了流体动能,使得支撑剂容易返吐,一 定程度上限制了返排速度的进一步提高。同时破坏了压裂施工原有的人工裂缝的铺砂剖面。  2、 充填人工裂缝的支撑剂破碎后,部分颗粒的运移影响油井产量  加砂压裂结束后,随着裂缝闭合,部分支撑剂被压碎成细小的颗粒,在生产压差的作用下,颗粒逐渐向井筒方向运移堆积,堵住支撑剂间的空隙,降低其导流能力,或者随地层液体返出井筒,造成油井出砂而进行维护作业。不单影响了油井产量,同时还增加了成本。  为 防止常规压裂油井出砂、支撑剂回流的等现象 , 提高压裂效果 ,国内进行了大量的研究工作, 主要应用 纤维加砂 压裂 工艺 。 纤维 网络加砂 工艺, 通过物 理 而非化学作用来稳定裂缝中的支撑剂, 通过纤维的作用 产生超强的悬浮携砂能力和支撑剂固定能力, 受地层流体、地层温度、闭合压力和关井时间的影响较小,与压裂液的配伍性良好,可在压后直接开井返排,实现快速、高效排液,降低地层伤害。此项工艺已在国内多个油田开展应用,并取得较好的效果,整体工艺相对成熟。  根据江汉油田压裂存在的问题, 通过前期对 纤维压裂的初步 了解,本次前往西南油气田分公司和博仁达公司进行现场施工工艺和室内试验评价等系统调研。  二、 纤维 加砂技术防支撑剂返出机理  将拌有纤维的携砂液注入裂缝后 , 通过纤维缠绕来包裹 支撑剂颗粒 , 压裂施工结束而裂缝闭合时 ,裂缝中的支撑剂因承受侧限压力 , 颗粒间以接触的形式相互作用而达到力学平衡。返排压裂液时 ,流体流动的冲刷使平衡受到破坏 , 支撑剂颗粒发生塑性剪切形变 ,形成一系列的砂拱结构 ,使一盘散砂包裹成了一个个整体。排液过程中砂拱剪切变 2 形引起纤维的变形 ,纤维轴向力分解为切向、法向两部分 ,切向分量直接抵抗砂拱剪切变形 ,法向分量增加侧限压力 , 进而增大支撑剂间的摩擦力 , 间接抵抗砂拱剪切变形 , 从而提高砂拱的稳定性和压裂液的临界返排速度 ,有效防止支撑剂的返出 。作用原理如图 1所示:    图 1 砂拱示意图  三、 纤维压裂 技术调研  (一) 西南油气分公司工程技术研究院纤维压裂技术  川西高压高产气井约有 50%的井(层)存在不同程度的出砂,出砂量一般在 1别井的出砂量达到了 2上。据采输部门反应,部分压裂井在采气生产过程中也存在支撑剂回流的现象,尤其在投产初期发生的频率最大。排液测试过程中支撑剂回流,刺坏地面流程,造成经济损失,同时带来安全生产隐患 ; 若压裂井出砂量大,则支撑剂沉入井底,可能砂埋产层,降低压裂井的产量甚至堵死产层,造成压裂井的 产能损失 等等危害,鉴于此,西南油气分公司工程技术研究院开展了纤维加砂防支撑剂回流研究。 从 纤维 加砂性能 评价 到 现场施工 参数 设计,室内进行了针对性的实验。主要从以下几个方面着手  1、 纤维对压裂液成胶和破胶的影响   室内分别在温度为 40℃和 60℃ 情况下,在压裂液中加入 纤维 ,观察 对压裂液成胶和破胶性能的影响 。  表 1 纤维名称  璃纤维  0℃沙溪庙压裂液配方  成胶  无  无  无  无  破胶  有  有  有  有  40℃蓬莱镇压裂液配方  成胶  无  / / / 破胶  有  / / /  3 实 验结果为:配方都是川西气田沙溪庙组和蓬莱镇组最常用的压裂液配方。 4 种纤维对压裂液的成胶性能没有影响,但是在相同破胶剂浓度下对破胶时间有延后影响,需加大破胶剂加量来满足要求的破胶时间。   2、 纤维在压裂液中的分散性评价   室内选取 4 种 不同纤维在不同介质中 , 评价 其 分散性能 ,试验结果如表 2 所示:  表 2 纤维名称  璃纤维  色  白色  亮白色  白色  白色  在清水中的分散性  无法分散  吸水性差、分散快且均匀、当纤维浓度≥ 有少量纠结成团现象  无法分散  分散均匀 ,当纤维浓度≥ 有少量纠结成团现象   在压裂液基液中的分散性  分散均匀,但纤维浓度≥ ,纤维在静止状态下有上浮呈絮团状  分散均匀、静止状态有下沉现象  分散均匀,但纤维浓度≥ ,纤维在静止状态下有上浮呈絮团状  分散均匀,但纤维浓度≥ ,纤维在静止状态下有上浮呈絮团状  在压裂液冻胶中的分散性  分散好 ,纤维浓度≥ 冻胶脆性增大  分散均匀、纤维浓度≥ 冻胶脆性增大  分散均匀  分散均匀、纤维浓度≥ 冻胶脆性增大   实验结果为:  水中完全无法分散,玻璃 纤维和 散匀,但纤维浓度过高时有少量成团现象。四种纤维在压裂液中均能分散均匀,但会在一定浓度下影响冻胶脆性。   3、 纤维与支撑剂的混合性评价   实验条件:纤维混合时的砂比为 25% ;延迟交联压裂液的延迟交联时间 1 试验结果如表 3 所示:  表 3 纤维名称  璃纤维  色  白色  亮白色  白色  白色  纤维与干陶粒的混合性  不混合  混合性一般  不混合  不混合  在压裂液中二者的混合性  混合性好  混合性好  混合性好  混合性好  实验结果:除玻璃纤维其它三种纤维无法 与干支撑剂混合 ,但在压裂液中均能混合均匀。   4 4、不同纤维 +砂在压裂液中的沉降性  表 4 维 +砂在压裂液中的沉降及分散性  观察时间  不同纤维加量( ‰ )的沉降速率 % 实验现象  7 9 12 15 常温冻胶  60 分钟  50 散均匀  60℃水浴  60 分钟  70 胶彻底,纤维和支撑剂混合均匀,小部分纤维有上浮分离现象。  备注  用圣科班 20~40 目陶粒,密度为 用砂比 25%,压裂液为60℃配方。  表 5 玻璃纤维 +砂在压裂液中的沉降及分散性  观察   不同纤维加量( ‰ )的沉降速率 % 实验现象  时间  0 5 7 9 12 15   常温   60 分钟  合均匀  冻胶  60℃   60 分钟  胶彻底,纤维和支撑剂混合均匀,极少量纤维有分离现象。  水浴  备注  用圣科班 20~40 目陶粒,密度为 用砂比 25%,压裂液为 60℃配方。  表 6 维 +砂在压裂液中的沉降及分散性  观察   不同纤维加量( ‰ )的沉降速率 % 实验现象  时间  0 5 7 9 12 15   常温   60 分钟    合均匀  冻胶  60℃   60 分钟  胶彻底,纤维和支撑剂混合 均匀,极少量纤维有分离现象。  水浴  备注  用圣科班 20~40 目陶粒,密度为 用砂比 25%,压裂液为 60℃配方。  表 7 维 +砂在压裂液中的沉降及分散性  观察   不同纤维加量( ‰ )的沉降速率 % 实验现象  时间  0 5 7 9 12 15   常温   60 分钟  11 合均匀  冻胶  60℃   60 分钟  0 破胶彻底,纤维和支撑剂混合均匀,极少量纤维有分离现象。  水浴  备注  用圣科班 20~40 目陶粒,密度为 用 砂比 25%,压裂液为 60℃配方。   5 实验结果:四种纤维在破胶液中与支撑剂有明显分离现象;玻璃纤维悬砂效果较其它三种纤维好。   5、 纤维和支撑剂混合后对导流能力和渗透率的影响   表 8(铺砂浓度 10kg/维 支撑剂导流能力和渗透率的影响评价表  闭合压力 (10 20 30 40 50 60 导流能力(   流能力的变化率( %)  10 透率( μ   透率变化率( %)   9 铺砂浓度 8kg/维 支撑剂导流能力和渗透率的影响评价表  闭合压力 (10 20 30 40 50 60 导流能力( μ   流能力的变化率( %)  透率( μ   透率变化率( %)  16 注  支撑剂是 30的圣戈班陶粒  实验结果:纤维不会对支撑剂的导流能力造成损害,而闭合压力对导流能力的影响是很大的。   6、 不同纤维浓度 +支撑剂导流能力的对比评价  图 2  导流能力评价结果          图 3 玻璃纤维浓度 — 导流能力评价结果  实验结果表明:  闭合压力越小,玻璃纤维浓度对支撑 剂导流能力的影响变化越大 。  导流能力- 7 9 12 15纤维浓度(‰)导流能力(0 7 9 12 15纤维浓度(‰)导流能力(0 图 4  导流能力评价结果             图 5  导流能力评价结果  实验结果表明: 闭合压力越小,  不同纤维材料在优化的浓度加量下, 撑剂对导流能力影响最好,其次是 支撑剂。推荐使用浓度为   同时, 压裂液的破胶液粘度和闭合压力对支撑剂的稳定性即临界出砂流 速有着重要显著的影响。所以要求压裂液破胶粘度低于 10 破胶液粘度越低越好;压后排液时一般要求小排量控制放喷(强制裂缝闭合),待裂缝闭合后才逐步加大返排速度。纤维 +支撑剂能够明显改善支撑剂的稳定性,提高临界出砂流速,从而有利于预防压裂井出砂。   7、 纤维加砂压裂优化设计  根据纤维加入的不同目的其加砂压裂工艺技术有一定的区别。纤维加砂压裂工艺 分为全程加纤维和尾追加纤维 2种方式, 其中 尾追加入比例 为  10, 作用: 成倍提高支撑剂充填层的临界出砂流速 、控制支撑剂回吐返流、 有利于保持近井 地带更高的长期导流能力 。冻胶全程加入,携砂液 中加入,浓度(  作用: 提高压裂液在破胶降粘过程中的携砂性能 、有利于在产层段饱填砂、 有效预防因提前破胶而导致的砂堵、砂卡 。  纤维能够与携砂液均匀混合。关键是优化纤维的加入方式,需要达到纤维计量准确、分散均匀、自动加入等优点 —— 纤维泵 ; 采用纤维加砂工艺时,可在常规压裂液的基础上降低稠化剂胍胶的浓度,降低压裂液残渣伤害 ,在降低稠化剂浓度上,根据室内试验导流能力和现场情况 总结 。 纤维加入浓度优化,纤维压裂设计时需要在纤维实验的基础上,根据纤维加入的不同目 的 、结合储层条件优化纤维的加量浓度 。  导流能力-纤维浓度0501001502002500 5 7 9 12 15纤维浓度(‰)导流能力(0维浓度0501001502002500 5 7 9 12 15纤维浓度(‰)导流能力(0 纤维加砂施工时, 采用延迟交联压裂液, 为防止纤维堵塞油管, 顶替液的前 2用冻胶顶替,然后微过量顶替 保证纤维和支撑剂完全进入地层中,防止井筒沉砂和沉纤维 。 返排制度:采用双油嘴备份,施工结束 10制裂缝闭合 。 5810推荐液氮拌注与纤维联作,返排速度可达常规井的 3  8、现场施工效果   ,生产层位 用 超低稠化剂压裂液体系 : 低稠化剂浓度压裂液,降低储层伤害 , 携砂阶段全程添加 108成更好的裂缝铺置剖面及防止压后支撑剂回流 , 全程伴注液氮 13加地层返排能量,提高返排率,减少储层伤害;压后 7小时点火成功, 34小时后排液 85排率达到 累计排液107排率达到 未出现支撑剂回流现象。 进行 18稳定油压 压 104阻流量 04m3/d,增 产效果明显。 如图 6所示:  对比同层位的纤维压裂井井与不加纤维压裂井的增产效果,可以看出:同等条件下,全程纤维井产量是不加的 1倍 。  D e s c r i p ti o n D a ( m i n )地面压力  [ A n n ]  ( M P a ) 地面压力  [ T b g ]  ( M P a )支撑剂浓度  ( k g / m 3 ) 净液排量  ( m 3 / m i n )携砂液排量  ( m 3 / m i n )3 8 . 0 0    4 8 . 4 0    5 8 . 8 0    6 9 . 2 0    7 9 . 6 0    9 0 . 0 0   0 . 05 . 0 0 01 0 . 0 01 5 . 0 02 0 . 0 02 5 . 0 00 . 05 . 0 0 01 0 . 0 01 5 . 0 02 0 . 0 02 5 . 0 00 . 02 0 0 . 04 0 0 . 06 0 0 . 08 0 0 . 01 0 0 0 . 00 . 01 . 4 0 02 . 8 0 04 . 2 0 05 . 6 0 07 . 0 0 00 . 01 . 4 0 02 . 8 0 04 . 2 0 05 . 6 0 07 . 0 0 0 8 图 7添加纤维压后生产曲线                  图 8不加纤维压后生产曲线  ( 二 ) 博仁达 公司 压裂专用纤维及其配套泵注技术  四川博仁达技术有限公司是进行  (二) 现场施工工 艺 技术  四 、 水平井现场酸化 析 总结  现场注入工艺如图 4 所示:  永9 3 5 日产油曲线02468100 5 10 15 20 25 30 35压后生产时间(天)日产油量(方)盐2 2 7 - 1 日产油量051015200 5 10 15 20 25 30 35 40压后生产时间(天)日产油量(方) 9 五 、建议  通过分析 研国内采用 经现场应用情况分析,建议:  ( 1)  液态 入量至少 1t/m。  ( 2)  在选井上,地层能量 不充足的 油井, 采用 酸返排率 虽 高, 但不能从根本上解决地层能量不足的问题,不能有效提高酸化效果。  ( 3)  水平井分段酸化的油 井 ,建议单层注入 效控制焖井时间。  

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